龚大恩
湖北交投鄂西生态新镇投资有限公司 湖北恩施 445000
摘要：旋挖钻孔灌注桩被广泛应用，其移动便捷、成孔速度快、使用地层多、成孔质量好、噪音小、污染小等特点，最近几年越来越多的应用于房建工程中的桩基施工。旋挖钻在黏土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层中能很好的应用，而在淤泥质土、流沙地层、溶洞地层中施工难度大，成孔质量差，本文以湖北交投枫亭菀二期工程实体为背景，就旋挖钻孔灌注桩在软弱流沙溶洞地层施工技术进行论述，为类似工程施工提供借鉴。
关键词：旋挖钻孔灌注桩；软弱地层、流沙地层、溶洞地层；
前言
旋挖钻机适用于黏土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩等地层，具有移动便捷、成孔速度快、成孔质量好、噪音小、污染小、综合成本低的优点，随着近几年不断推广，在工程中被越来越多的应用。而在淤泥质土、流沙地层、溶洞岩层中施工难度、成桩质量差，施工技术控制较为严格，对特殊地层应用技术的研究，非常有必要，本文就有关问题进行研究和论述，为在软弱、流沙、溶洞地层施工提供经验。
1工程概况
1.1工程及设计概况
湖北交投·枫亭菀（二期）工程位于湖北省利川市南环大道以北，新检察院以东；建筑功能：住宅、商业。总建筑面积5.37万平方米，其中地上总建筑面积约4.26万平方米，地下总建筑面积约1.09万平方米，包括1#楼（地上32层，地下一层）、2#楼（地上32层，地下一层）、3#楼（地上31层，地下一层）及其范围内地下室（地下一层）。±0.00标高为1073.95m，现场地面标高为1063.5-1076.4m，基础底标高为-6.7m。主楼结构形式为剪力墙结构，地下车库为框架结构。本工程基础采用桩基础+承台，桩基为Φ800mm钻孔灌注桩，承压桩桩端进入持力层中等风化破碎灰岩不小于7m，进入中等风化灰岩持力层不小于3.5m，。当岩层表层存在溶洞或串珠状溶洞时，桩端嵌入溶洞底部完整岩石的深度不应小与0.5m，且桩身线入岩深度的总和不应小与5m。桩身采用C35水下砼；钢筋笼主筋上部2/3L为12Φ16HRB400钢筋，下部1/3L为6Φ16HRB400钢筋。工程桩详图见图、断面图见图1-1。
图1-1
1.2水文地质状况
本工程位于利川市海拔1060-1100m，在清江边上，该地区属鄂西暴雨区潮湿多雨，枯水期水位约为1066，汛期水位约为1068m，地下水位标高-5.25～-7.95m。场区内为鱼塘、稻田，地层主要有淤泥质土（局部耕植土）、粉质粘土、细砂夹黏土、细砂夹圆砾土、中等风化破碎灰岩（中等风化灰岩）、溶洞。场区部分灰岩面层有石芽、溶沟、溶槽发育，溶沟、溶槽呈开口状。实际揭露情况为：淤泥质土厚度为3-5米，占场地90%面积；细砂夹黏土及细砂夹圆砾层出现流沙，该地层厚度为2-4m，占场地70%面积；溶洞呈线状及点状分部，高度变化较大，标高在-7m至-15m范围，厚度为0.5m-7m，占场地40%面积。
1.3工程难点
地质复杂，成孔质量差，工程质量控制难度大；淤泥质土厚度大、范围广，钻孔、砼浇筑难度大；场地地面标高高差大，超灌高度最大到达8m，工程量大。
2钻机设备选择
本工程水位在-5.25～-7.95m处，枯水期地下水位在基础以下，雨季在基础以上1m。根据设计需要入岩深度3.5-5m，桩径为800mm，桩基采用泥浆护壁钻孔成孔，可选择旋挖钻机和冲击钻成孔。
对各钻机从性能、效率、成本、质量、环境等方面进行综合比较，比较情况见表2-1。
经比较，现场选择旋挖钻机成孔。
表2-1 钻机选择综合比较
3旋挖钻机施工技术
3.1施工工艺
3.1.1场地平整、桩位放样
施工前对场地进场平整，将现场的积水抽排，高差进行平整，因淤泥较厚，局部采用换填碎石，不能换填地方，采用铺设厚20mm的钢板，铺设面积满足钻机、吊车行走、罐车等车辆施工需要。
按照设计图纸，对每颗桩进行编号，按照已编号的桩位图进行放样。同时以桩中心为交点，在纵向和横向方向埋设好护桩。因场地泥泞，桩位放样点不易不存，故现场施工采用全站仪一桩一放点以保证施工桩位点的准确性。
3.1.2护筒设置
桩定位后，根据桩定位点拉十字线钉放四个控制桩，以四个控制桩为基准埋设钢护筒，为了保护孔口防止坍塌，形成孔内水头和定位导向，护筒的埋设是作业中的关键。护筒采用壁厚10mm的钢板卷制而成，根据桩位点设置护筒，埋设至地面以下4-5m的位置，护筒的内径应大于钻头直径100mm，护筒位置应埋设正确稳定，护筒中心和桩位中心偏差不得大于50mm，倾斜度的偏差不大于1％，护筒与坑壁之间应用粘土填实，以保证在钻孔过程中护筒稳定不下落以及周边不跑浆。
3.1.3钻机就位
在桩位复核正确，护筒埋设符合要求，护筒、地坪标高已测定后，进行钻机就位。将钻机行驶到要施工的孔位，调整桅杆角度，操作卷扬机，将钻头中心与钻孔中心对准，并放入孔内，调整钻机垂直度参数，使钻杆垂直，同时稍微提升钻具，确保钻头环刀自由浮动孔内。旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在2cm内。保证钻机平整、稳固，不发生倾斜。
3.1.4泥浆制备
现场设泥浆循环系统，分为制浆池、循环池、沉淀池、泥浆沟，泥浆池容量为2.0倍单孔体积，泥浆采用自然土造浆。泥浆循环系统要有较好的防渗能力。
在成孔施工过程中，加强对泥浆的性能指标的检测和控制。根据钻到不同地层的地质情况，适时调整泥浆指标，并做好施工记录。
3.1.5钻孔
成孔前必须检查钻头直径、钻头磨损情况，施工过程对钻头磨损超标的及时更换；成孔中，按试桩施工确定的参数进行施工，设专职记录员记录成孔过程的各种参数，如加钻杆、钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况。记录必须认真、及时、准确、清晰。
成孔采用跳挖方式，钻头倒出的渣土距桩孔口最小距离应大于6m，并应及时清除外运。当钻机就位准确后开始钻进，钻进时每次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳，提斗要慢，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时进行纠正。
操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度。当旋挖斗钻头顺时针旋转钻进时，底板的切削板和筒体翻板的后边对齐。钻屑进入筒体，装满一斗后，钻头逆时针旋转，底板由定位块定位并封死底部的开口，之后再提升钻头到地面卸土。开始钻进时采用低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量之和的20%，以保证孔位不产生偏差。钻进护筒以下3m可以采用高速钻进，钻进速度与压力有关，采用钻头与钻杆自重磨擦加压，150Mpa压力下，进尺速度为20cm/min；200Mpa压力下，进尺速度为30cm/min；260Mpa压力下，进尺速度为50cm/min。
孔深车辆采用钢丝测绳，钻机过程中，经常检查钻杆垂直度，根据地层、孔深变化，及时调整钻进参数，保证成孔质量。
钻进过程，记录好入岩层位置，保证入岩深度。钻孔见图3-1。
图3-1 钻孔施工图
3.2.6清孔
钻进到设计孔深后，将钻斗留在原处机械旋转数圈，将孔底虚土尽量装入斗内。对端承型桩，沉渣厚度不应大于50㎜。二次清孔后测绳测量深度减去终孔后测绳测量深度即为沉渣厚度。测绳在放入孔底时一定要触底，多掂量几次，以保证孔深的准确性。在灌注水下混凝土前，用大方量漏斗装满砼，然后快速放下，用砼下滑重力冲击桩底，以减少桩底沉碴厚度。清孔后至砼灌注时间控制在1.5-3小时。
3.2.7吊放钢筋笼
钢筋笼加工完成经检验合格后方可进行吊放，现场实际孔深最大为19.6m，钢筋笼分两节加工和吊放。
钢筋笼安放起吊采用25t吊车。起吊钢筋笼时平衡吊起，然后空中转体，钢筋笼须垂直吊起对准孔口下入。钢筋笼在孔口搭接时，保证竖直，不能出现弯笼现象。钢筋笼下放时，应对准孔位中心，一般采用正、反旋转慢慢地逐步下沉，防止碰撞。大于9m的钢筋笼，先将底笼吊到孔内，用型钢扁担将底笼搁置在护筒上，摆正，再吊起顶笼，摆直，对齐，在孔口进行对接，主筋接头错开，采用焊接进行连接。对接钢筋笼时应使上下两节钢筋笼位于同一竖直线上，进行连接，对接时要衔接迅速。钢筋笼吊装完成后进行标高测量，确保钢筋笼安放就位。钢筋笼在起吊的部位设置加强措施，防止或尽量减小在起吊和安放的过程中钢筋笼变形。吊放时应对准孔位轻放、慢放，禁止强行下放，防止倾斜、弯折或碰撞孔壁。如果放不下去，要吊起分析原因然后重新下放。钢筋笼就位后，立即将吊筋固定，防止钢筋笼移动。钢筋笼下放到设计深度后，立即下放混凝土输送导管，避免导管与钢筋笼碰撞，遇导管下放困难应及时查明原因。见图3-2。
图3-2吊放钢筋笼
3.2.8灌注水下混凝土
导管内径为260mm，中间节长2m，最下节长4m，配备0.5m、1m、1.5m非标准节。导管安装前进行试拼、试压和水密性试验。合格后进行导管按照，导管距离孔底0.3m～0.5m。
导管安装完成后，及时进行二次清孔。将头部带有1m长管子的气管插入导管内，气管底部与导管底部最小距离2m，压缩空气从气管底部喷出，如能使导管底部在桩孔底部不停的移动，就能全部排出沉渣，对深度不足10m的桩孔，须用空吸泵清渣。灌注混凝土前的孔底沉渣厚度应满足要求。
验收合格后应立即进行水下混凝土灌注，其时间间隔应控制在30分钟以内。
在灌注前计算好初灌混凝土量，保证初灌深度不小于1.0m。浇筑砼时，各工序连续施工，钢筋笼放入孔中后2小时内必须灌注砼，整个单桩砼的灌注时间不宜超过45分钟。混凝土运至灌注地点时，应检查其均匀性和坍落度，坍落度控制在160～200mm，在灌注过程中，应经常测量孔内混凝土面的位置，及时地调整导管埋深，导管埋深宜控制在2～6m。严禁导管提出混凝土面，若因意外情况发生堵管或导管提出混凝土面，立即采取应急措施，拔出导管清洗干净后重新加隔水阀插入混凝土面，将导管内的泥浆清除干净后再重新浇注。
为防止钢筋笼上浮，当灌注的混凝土顶面距钢筋笼底部1m左右时，降低混凝土的灌注速度，当混凝土拌和物上升到骨架底口4米以上时，提升导管，使其底口高于钢筋笼底部2m以上，即可恢复正常灌注速度。
灌注至接近桩顶部位时，控制最后一次的混凝土灌入量。既要防止严重超灌，又要杜绝欠灌现象，超灌高度控制不小于1m（本工程因现场原因，超灌高度为2-7m）以保证设计桩顶标高的混凝土质量满足设计要求。
4流沙地层、溶洞及裂隙施工技术措施
本工程场地为岩溶发育区，根据地勘报告柱状图分析，场区部分灰岩面层有流沙、石芽、溶沟、溶槽发育，溶沟、溶槽呈开口状、线状及点状分部，厚度为0.5m-7m，分部占场地40%面积。溶洞地层钻孔存在成孔比较困难、进度缓慢，泥浆跑浆、漏浆、塌孔现象以及砼浇筑量大等问题，柱状图见图4-1。
图4-1地勘柱状图
4.1旋挖钻机处在流沙层时正确处置措施
因流沙地质情况非常不好，极易塌孔，解决塌孔问题主要在于防止初始塌孔形成，防止发生连续塌孔的恶性循环，即：解决塌孔主要在于防，而不是在于救。
合理调配泥浆比重，针对流塑地层的特点，需要配置高粘度、中等容重的泥浆进行护壁；在钻头上设置通气孔，保证在提钻过程中钻头上下泥浆流动，防止提钻过程中出现真空现象，保持泥浆液面高出地下水位2-3米，控制泥浆液面，并在钻孔过程中始终保持距护筒上边缘30-40cm，钻至软土及砂层时，软土及砂层为易塌孔地层，操作时要尽量注意减少对孔壁的冲刷及扰动，操作方法严格遵循“三慢”原则，即提钻、放钻及钻进转速慢，通过严格控制钻具的运动速度，来减少钻头对孔壁的扰动，时刻关注泥浆的液面变化。
当泥浆液面突然下降且大量泡沫涌出时，可判断出现局部塌方，应立即停止钻进并保证在钻头斗底打开的情况下，缓慢提升钻头，防止因扰动而引起第二次塌方；局部塌方处理：当发现有局部塌方时，继续向孔内注入泥浆同时提出钻头，并向孔内倾倒足量粘土，然后下放钻头反转压实粘土，边压边反转，等稳定后继续钻进。
4.2采用埋设长护筒钻孔灌注桩施工技术
为加快施工进度，满足总工期的相关要求，经过相关技术措施的比较，旋挖钻采用埋设长护筒的方法进行施工。
长护筒钻孔灌注桩施工技术是利用专用摇、振动设备使钢护筒克服各土层间与护筒间的摩擦力，使护筒穿越桩机钻孔施工中的不利地层直至到达稳定的桩端持力层，利用钻孔设备掏空护筒内渣土，保证灌注桩成桩的施工技术。
本工程溶洞深度在7-15m范围，护筒采用12m、15m两种长度。钢护筒采用12mm壁厚螺旋管制作，保证刚度。最下面一节钢护筒宜设置内口的刃脚，减小护筒下放的阻力，保证护筒顺利下放到位。
靠自重护筒无法下沉时，开启振动锤加压下沉，如遇阻力无法下沉，应查明原因后继续操作，不能强行加压，防止护筒下边缘卷边或弯折，造成护筒损坏，造成后期拔护筒过程中泥土进入桩体，造成桩体夹泥。插拔护筒过程见图4-2。
图4-2 长护筒施工
4.3埋钻和卡钻处理
卡钻则主要发生在溶洞破碎带，钻头底盖合拢不好，钻进过程中自动打开或在碎石地层钻进时，碎石掉落卡钻等。
钻进过程中控制钻进速度，采用低速、短进尺。埋钻或卡钻发生后，在钻头周围形成很大的侧阻力。因此处理方案应首先消除阻力，严禁强行处理，否则有可能造成钻杆扭断、动力头受损等更严重的事故。事故发生后保持孔内压力，稳定孔壁防止坍塌。
4.4防止钢筋砼下落制措施
在进行施工过程中溶洞地段出现钢筋笼掉下去的现象，甚至浇筑完混凝土后，发现混凝土整体降落的现象。为此，采取钻孔过程中观察渣土情况；在钻孔完成后，改用直径80mm钎杆进行探孔；一次清孔完成后，停浆，观测泥浆面有无变化来判断是否有破碎零星溶洞。
4.5钢筋笼上浮的处理
钢筋笼上浮发生于灌注混凝土的导管位于钢筋笼底部或更下方而混凝土埋管深度已经较大时，此时钢筋笼靠自身重力及孔壁的摩擦力来抵抗混凝土上顶力、摩擦力，一旦失去平衡，钢筋笼就会上浮。为防止钢筋笼上浮，应加强观察，以便及时发现问题，并在钢筋笼顶施加竖向的约束，如将钢筋笼顶部钢筋接长，焊于护筒顶部，一方面阻止钢筋笼上浮，另一方面可悬挂住钢筋笼，以保证钢筋笼的垂直度。
发现钢筋笼上浮之后，应立即停止灌注混凝土，查明原因及程度，检查钢筋笼底及导管底的准确位置，拆除一定数量的导管，使导管底部升至钢筋笼底上方后可恢复灌注，砼浇过程中漏浆、塌孔另行处理。
5结语
通过对在淤泥土、流沙、溶洞不良地质中旋挖钻孔灌注桩施工技术研究，在充分发挥传统施工优势的基础上，将旋挖钻施工技术进一步发展。通过湖北交投枫亭菀二期项目，将旋挖钻施工技术在不良地质尤其是在溶洞地层中得到应用。本文从旋挖钻施工技术、流沙溶洞及裂隙施工技术进行了论述，对同类工程具有较高的借鉴价值。
参考文献
[1]王爱民，郝勇，徐辉，旋挖钻机长（全）套管埋设方法的探讨[J.岩土工程界，2005年03期.
[2]徐洪跃，王君，浅谈旋挖钻机在高速公路施工中的应用[J].筑路机械与施工机械化，2007年05期.
[3]蒋训忠，唐亚光，旋挖钻机在桩基工程中的应用[J].中小企业管理与科学（下旬刊），2009年03期.
论文作者:龚大恩
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年13期
论文发表时间:2019/9/29
标签：钢筋论文; 钻机论文; 导管论文; 钻头论文; 钻孔论文; 地层论文; 溶洞论文; 《建筑学研究前沿》2019年13期论文;